CN106304819A - 一种具有散热功能的屏蔽器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有散热功能的屏蔽器件及其制备方法。本发明具有散热功能的屏蔽器件，由腔体和设置在腔体内侧的导热膏层构成，同时具有屏蔽和散热作用，能够以接触的方式进行散热，尤其是Z‑方向散热性能优异。本发明具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，工艺简单，适于大规模生产，具有极高的实用性，可采用常规的金属屏蔽器件作为腔体,在其内注入具有流动性的可反应型或不可反应型的导热膏,形成的具有很好地的接触式散热效果的屏蔽器件(尤其是Z‑方向散热)。

Description

一种具有散热功能的屏蔽器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及电子元器件制备技术领域，具体而言，涉及一种具有散热功能的屏蔽器件及其制备方法。

背景技术

散热一直是电子工业一项重点研究的工作，电子元器件的实际工作温度是影响其可靠性的关键因素之一。随着电子设备向着小型化、高功耗发展，其功耗密度逐步增加。电子设备的发热量也成倍增加，这也对系统的散热性能提出了更高的要求。导热界面材料是散热系统的关键物料，是连接芯片与散热器之间的热量传递的桥梁。根据导热材料填料以及生产工艺的不同，导热材料可以以不同的最终形态来产生，如片状，膏状，膜状等，然不同的形态对应的生产效率，结构工艺，都有之不一样的结果；现大多数与屏蔽罩部件散热材料都采用片状材料导热硅胶垫片进行组装，其小尺寸，数量大，导致的人工贴合的效率，产能大大降低。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种具有散热功能的屏蔽器件，该屏蔽器件同时具有屏蔽和散热作用，能够以接触的方式进行散热，尤其是Z-方向散热性能优异。

本发明的第二目的在于提供一种所述的具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，该方法工艺简单，适于大规模生产，具有极高的实用性。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种具有散热功能的屏蔽器件，所述具有散热功能的屏蔽器件包括腔体，所述腔体内侧设置导热膏层。

本发明具有散热功能的屏蔽器件，由腔体和设置在腔体内侧的导热膏层构成，同时具有屏蔽和散热作用，能够以接触的方式进行散热，尤其是Z-方向散热性能优异。

屏蔽器件多为马口铁件、铸铁件、铝合金冲压件、铝合金注塑件、铜及铜合金冲压件或注塑件、或者其它金属或合金材质做成的具有腔体结构器件,一般用途是提供电磁屏蔽作用,防尘或防水作用；

优选地，所述导热膏层与腔体内侧紧密相连，完全填充腔体内部或部分填充腔体内部。

导热膏注入屏蔽腔体内,可以是多种状态,可以填满腔体底部,也可以部分填充腔体底部,也可以是灌满腔体状态,其填充的状态取决于芯片等发热元器件的位置,以及根据实际需要完全覆盖或部分覆盖元器件。

优选地，所述导热膏层为导热膏固化后的导热膏层或未固化的凝胶性状的导热膏层。

导热膏可采用单组分或双组分的导热凝胶材料,施用在腔体内后,可以发生固化反应形成具有弹性的导热膏垫片,也可以不固化维持凝胶性状。

优选地，所述导热膏层具有可压缩性变量。

导热膏层具有可压缩形变量,在一定压力下可以形变,靠形变力与芯片、MOS管等发热元器件保持良好的接触,同时有效地排除空气,实现优良的热传导作用。

上述的一种具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，采用具有流动性的可反应型的导热膏或不可反应型的导热膏，通过注射、灌封或模压的方法在屏蔽器件腔体内侧设置导热膏层，得到一种具有接触式散热效果的导热膏层。

本发明具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，工艺简单，适于大规模生产，具有极高的实用性，可采用常规的金属屏蔽器件作为腔体,在其内注入具有流动性的可反应型或不可反应型的导热膏,形成的具有很好地的接触式散热效果的屏蔽器件(尤其是Z-方向散热)。

优选地，所述导热膏主要由以下质量分数的原料制备得到：

有机硅聚合物8.3-60.4份、导热粉体28.6-90份、阻燃剂1.9-45份和助剂0.05-0.5份。

本发明导热膏通过特定用量的有机硅聚合物、导热粉体、阻燃剂和助剂制备得到，具有导热性好、绝缘、高压缩比以及高强度的特点，最大的区别在于可以实现自动化点胶工艺进行生产加工，可以广泛应用在电子元器件中。

优选地，主要由以下质量分数的原料制备得到：

有机硅聚合物40-60份、导热粉体60-90份、阻燃剂10-45份和助剂0.2-0.4份；

进一步优选地，主要由以下质量分数的原料制备得到：

有机硅聚合物50.2份、导热粉体70-80份、阻燃剂25-35份和助剂0.3份。

优选地，所述有机硅聚合物包括乙烯基聚硅氧烷、苯烯基聚硅氧烷、甲基苯烯酸硅氧烷、甲基乙烯基聚硅氧烷和含氢聚硅氧烷中的一种或多种，优选包括乙烯基聚硅氧烷和苯烯基聚硅氧烷中的一种或两种。

有机硅聚合物是指分子结构中含有硅原子的有机聚合物的总称，其对本发明导热膏的导热性能的改进具有重要作用，采用特定成分的有机硅聚合物有助于提高所得导热膏的导热性能。

优选地，所述导热粉体包括氧化铝、氧化锌、氮化铝和氮化硼中的一种或多种，优选为氧化铝。

采用特定成分的导热粉体有助于提高所得导热膏的导热性能。

优选地，所述阻燃剂包括氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或多种，优选为氢氧化铝。

采用特定成分的阻燃剂，能够有效防止由于高温导致的引燃。

优选地，所述助剂包括偶联剂、铂金催化剂和色膏中的一种或多种，优选为硅烷偶联剂。

采用特定成分的助剂，还能够进一步改善所得导热膏的性能；添加所述硅烷偶联剂可以在表面湿法处理中促进原料的分散，使所得导热膏性能优异；而铂金催化剂可以促进反应的进行，有效节省制作时间；色膏具有优良的稳定性和分散性，也可以使单双组份的导热点胶膏状产品得导热性能稳定。

优选地，所述导热膏的制备方法，包括如下步骤：

A、预处理：对导热粉体和阻燃剂进行干燥和表面湿法处理；

B、混合：将步骤A所得导热粉体、阻燃剂和助剂加入有机硅聚合物中，并搅拌混合均匀，得到一种导热膏产品。

本发明导热膏的制备方法工艺简单，适于大规模生产，具有极高的实用性。

优选地，所述表面湿法处理采用偶联剂对导热粉体和阻燃剂进行表面湿法处理，得到改性的导热粉体和阻燃剂。

采用偶联剂对导热粉体和阻燃剂进行表面湿法处理，导热粉体和阻燃剂能够更好的在体系中分散并促进了导热粉体和阻燃剂之间的相互作用，更有利于提高其导热性能和阻燃性能。

所述导热膏可通过点胶操作、流平、固化，设置在屏蔽器件腔体内，制备得到具有散热功能的屏蔽器件，所得具有散热功能的屏蔽器件可进一步与PCB板连接，提供屏蔽功能的同时，使器件具有优异的散热效果。

优选地，所述导热膏灌装后进行点胶，可灌装单组分针管或双组份针管，之后优选进行排泡处理，然后进行点胶，可根据实际施工需求确定合适的压力、速度及针头。

所述导热膏采用点胶工艺进行施用，大大的降低人工成本，提高了生产效率、产能，同时满足不同形状尺寸的填充要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明具有散热功能的屏蔽器件，由腔体和设置在腔体内侧的导热膏层构成，同时具有屏蔽和散热作用，能够以接触的方式进行散热，尤其是Z-方向散热性能优异。

本发明具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，工艺简单，适于大规模生产，具有极高的实用性，可采用常规的金属屏蔽器件作为腔体,在其内注入具有流动性的可反应型或不可反应型的导热膏,形成的具有很好地的接触式散热效果的屏蔽器件(尤其是Z-方向散热)。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明导热膏产品，主要由以下质量分数的原料制备得到：

有机硅聚合物8.3-60.4份、导热粉体28.6-90份、阻燃剂1.9-45份和助剂0.05-0.5份；

优选地，主要由以下质量分数的原料制备得到：

有机硅聚合物40-60份、导热粉体60-90份、阻燃剂10-45份和助剂0.2-0.4份；

优选地，主要由以下质量分数的原料制备得到：

有机硅聚合物50.2份、导热粉体70-80份、阻燃剂25-35份和助剂0.3份。

采用上述用量范围内可以制作出导热效果最优的导热膏产品。

本发明导热膏因具有优异的导热性能及能够采用机械化点胶工艺实施，可广泛用于电子元器件的热传递介质，如CPU芯片与散热器间的填隙、大功率集成块、三极管、可控硅元件以及二极管与基材(铜，铝)接触缝隙处的热传递介质。本发明所述膏状导热点胶材料是通过有机硅聚合物、导热粉体、阻燃剂和助剂之间的配合，具有导热性好、绝缘、高压缩比以及高强度的特点，最大的区别在于可以实现自动化点胶工艺进行生产加工，可以广泛应用在电子元器件中。

有机硅聚合物是指分子结构中含有硅原子的有机聚合物的总称，其对本发明导热膏的导热性能的改进具有重要作用。优选地，本发明具体实施方式中所述有机硅聚合物包括乙烯基聚硅氧烷、苯烯基聚硅氧烷、甲基苯烯酸硅氧烷、甲基乙烯基聚硅氧烷和含氢聚硅氧烷中的一种或多种，优选包括乙烯基聚硅氧烷和苯烯基聚硅氧烷中的一种或两种。

进一步地，本发明中所述导热粉体包括氧化铝、氧化锌、氮化铝和氮化硼中的一种或多种。优选地，本发明具体实施方式中采用氧化铝，在此组分配比下，所得导热膏的导热系数高，性能优异。导热粉也是为了增进所述单双组份的导热点胶膏状产品的导热性能。

在本发明单双组份的导热点胶膏状产品中还添加有阻燃剂，用于防止因高温而引燃，优选地，所述阻燃剂包括氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或多种，本发明具体实施方式采用氢氧化铝。

更进一步地，为了本发明导热膏的性能，本发明还添加有助剂，包括硅烷偶联剂、铂金催化剂和色膏中的一种或多种。其中，添加所述硅烷偶联剂可以在表面湿法处理中促进原料的分散，使制作出的单双组份的导热点胶膏状产品性能优异；而铂金催化剂可以促进反应的进行，有效节省制作时间；色膏具有优良的稳定性和分散性，也可以使单双组份的导热点胶膏状产品得导热性能稳定。

进一步地，本发明具体实施方式采用以下方法制备得到屏蔽器件产品，包括如下步骤：

A、预处理：对导热粉体和阻燃剂进行干燥和表面处理；这里的预处理指的是进行表面湿法处理，使得进行预处理后的导热粉体和阻燃剂可以更快地进行反应；优选地，在进行预处理时，可以添加偶联剂(如硅烷偶联剂)，使导热粉体和阻燃剂进行偶联剂表面湿法处理，和硅烷偶联剂混合，得到改性的导热粉体和阻燃剂，使得导热粉体和阻燃剂能够更好的在体系中分散并促进了导热粉体和阻燃剂之间的相互作用，更有利于提高其导热性能和阻燃性能；

B、混合：将导热粉体、阻燃剂和助剂加入有机硅聚合物中，并放入行星搅拌机搅拌混合均匀；其中所述有机硅聚合物包括乙烯基聚硅氧烷、苯烯基聚硅氧烷、甲基苯烯酸硅氧烷、甲基乙烯基聚硅氧烷和含氢聚硅氧烷中的一种或多种；所述导热粉体包括氧化铝、氧化锌、氮化铝和氮化硼中的一种或多种；所述阻燃剂包括氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或多种；所述助剂包括偶联剂、铂金催化剂和色膏中的一种或多种；此步骤中是将所有的组分进行混合，得到导热膏产品，以便进行下一步的成型操作；

C、灌装：将混合均匀后的原料注入灌装设备中，并采用灌装设备经灌装针管进行灌装，实现灌装避免2次出现气泡，再采用离心排泡工艺进行排泡，使本发明导热膏产品的气泡减少到每支＜4个平均。

D、点胶：采用点胶设备，气压或液压，伺服电机等动力方式进行点胶操作，控制其压力，速度来匹配实际生产，产品需求，完成组装过程。

具体的，本发明实施例采用以下原料及方法制备得到屏蔽器件产品：

屏蔽器件的类型很多，主要包括:

金属冲压性屏蔽罩:通常采用马口铁、阳白铜、镀镍薄板,采用技术冲压成五面体制成,第六面主要其即将安装的主板的铜层来担当,形成屏蔽结构；制造商主要是:莱尔德电子材料(深圳)有限公司、广东长盈精密技术有限公司等；

模铸型屏蔽罩:生铁、铝合金,在特定形状的铸模中,一次浇铸成型的屏蔽腔体；制造商主要是:苏州春兴精工股份有限公司等；

a.有机硅聚合物：a1.乙烯基聚硅氧烷(生产商为美国道康宁(Dow Corning)公司)；a2.苯烯基聚硅氧烷(生产商为日本信越化学工业株式会社)；

b.导热粉体：b1.氧化铝粉末(D50＝0.9μm，即50％通过粒径为0.9μm，生产商为日本电化株式会社(Denka))；

c.阻燃剂：c1.氢氧化铝粉末(D50＝3μm，即50％通过粒径为3μm，生产商为广州科系维新材料有限公司)；

d.助剂：硅烷偶联剂(生产商为南京联硅化工有限公司)、铂金催化剂(生产商为德国贺利氏控股集团)、色膏(生产商为美国FERRO公司)；其中实施例1-4依次分别使用硅烷偶联剂(实施例1)、铂金催化剂(实施例2)、色膏(实施例3)和质量比为1:1:1的硅烷偶联剂、铂金催化剂、色膏混合物(实施例4)。

将上述b组分和c组分干燥后，按照下表1中的比例进行配比，采用湿法对配比后的导热粉体进行表面处理，使其表面包裹一层硅烷偶联剂，然后在行星搅拌机中与a组分完成混炼，制备得到本发明导热膏产品。

表1本发明实施例1-4屏蔽器件制备方法各原料用量数据表

为了验证上述4个实施例中所得导热膏产品的性能，进行以下测试(将本发明实施例1-4所得屏蔽器件中导热膏层的厚度分别制作成3.0mm为标准)：

A、导热系数测试：

将实施例1-4所得导热膏产品分别在DR-3型热流法导热测试仪中进行检测，厚度控制在3.0mm，所测的导热系数结果如表2所示；

B、流速测试：

将实施例中1-4所得导热膏产品分别在90psi压力下，采用30CC针管，2.54mm针头，点胶1min，测定其流速，所测的流速结果如表2所示；

表2本发明实施例1-4所得导热膏产品的导热系数和流速测试结果

通过表2可以看出，本发明导热膏产品导热性能和流动相优异，能够采用点胶方式通过自流平固化固定在屏蔽器件腔体内；本发明导热膏产品具有导热、可点胶的的特点，解决了某些特殊场所要求具导热、点胶工艺、不同形状规格、间隙公差大、产能要求的特性；并且本发明所述单双组份的导热点胶膏状产品制作方法简单易实现，具有极高的实用性。

C、绝缘性能测试：

实施例1-4所得导热膏层,分别进行绝缘性能测试，所得导热膏层的绝缘耐压均不小于8KV/mm(测试方法:ASTM D149美标标准固体绝缘材料电压击穿的实验方法)

D、压缩性能测试：

分别取实施例1-4所得导热膏层测试其不同压力下的形变量，所得结果如表4所示：

表4本发明所得导热膏层的压缩性能测试结果

通过表4可以看出，在40psi力下,本发明所得导热膏层压缩量均能够达到40％,采用本发明所得导热膏产品制备得到的导热膏层具有优异的压缩性能。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims (10)

1.一种具有散热功能的屏蔽器件，其特征在于，所述具有散热功能的屏蔽器件包括腔体，所述腔体内侧设置导热膏层。

2.根据权利要求1所述的一种具有散热功能的屏蔽器件，其特征在于，所述导热膏层与腔体内侧紧密相连，完全填充腔体内部或部分填充腔体内部。

3.根据权利要求1所述的一种具有散热功能的屏蔽器件，其特征在于，所述导热膏层为导热膏固化后的导热膏层或未固化的凝胶性状的导热膏层。

4.根据权利要求1所述的一种具有散热功能的屏蔽器件，其特征在于，所述导热膏层具有可压缩性变量。

5.如权利要求1-4任一所述的一种具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，其特征在于，采用具有流动性的可反应型的导热膏或不可反应型的导热膏，通过注射、灌封或模压的方法在屏蔽器件腔体内侧设置导热膏层，得到一种具有接触式散热效果的导热膏层。

6.根据权利要求5所述的一种具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，其特征在于，所述导热膏主要由以下质量分数的原料制备得到：

有机硅聚合物8.3-60.4份、导热粉体28.6-90份、阻燃剂1.9-45份和助剂0.05-0.5份。

7.根据权利要求6所述的一种具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，其特征在于，所述导热膏主要由以下质量分数的原料制备得到：

有机硅聚合物40-60份、导热粉体60-90份、阻燃剂10-45份和助剂0.2-0.4份；

优选地，所述导热膏主要由以下质量分数的原料制备得到：

有机硅聚合物50.2份、导热粉体70-80份、阻燃剂25-35份和助剂0.3份。

8.根据权利要求6所述的一种具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，其特征在于，所述有机硅聚合物包括乙烯基聚硅氧烷、苯烯基聚硅氧烷、甲基苯烯酸硅氧烷、甲基乙烯基聚硅氧烷和含氢聚硅氧烷中的一种或多种，优选包括乙烯基聚硅氧烷和苯烯基聚硅氧烷中的一种或两种；

所述导热粉体包括氧化铝、氧化锌、氮化铝和氮化硼中的一种或多种，优选为氧化铝；

所述阻燃剂包括氢氧化铝和氢氧化镁中的一种或多种，优选为氢氧化铝；

所述助剂包括偶联剂、铂金催化剂和色膏中的一种或多种，优选为硅烷偶联剂。

9.根据权利要求6所述的一种具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，其特征在于，所述导热膏的制备方法，包括如下步骤：

A、预处理：对导热粉体和阻燃剂进行干燥和表面湿法处理；

B、混合：将步骤A所得导热粉体、阻燃剂和助剂加入有机硅聚合物中，并搅拌混合均匀，得到一种导热膏产品。

10.根据权利要求9所述的一种具有散热功能的屏蔽器件的制备方法，其特征在于，所述表面湿法处理采用偶联剂对导热粉体和阻燃剂进行表面湿法处理，得到改性的导热粉体和阻燃剂。